DE19840527A1 - Production of indium-tin oxide suspensions and powders for production of coatings for microelectronic and optical products comprises precipitation and processing in presence of surface modifying agent - Google Patents
Production of indium-tin oxide suspensions and powders for production of coatings for microelectronic and optical products comprises precipitation and processing in presence of surface modifying agentInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Suspensionen, Pulvern und Formkörpern von Indium-Zinn-Oxid, die dadurch erhältlichen Produkte und deren Verwendung.The invention relates to a method for producing suspensions, powders and Shaped bodies of indium tin oxide, the products obtainable thereby and their Use.
Indium-Zinn-Oxide sind durch ihre optoelektronischen Eigenschaften gekenn zeichnet. Sie sind z. B. in Form von dünnen transparenten Schichten in der Lage Infrarotlicht zu reflektieren und zeichnen sich gleichzeitig durch eine relativ hohe elektronische Leitfähigkeit bei vorhandener Transparenz in Schichtsystemen aus. Aus diesem Grunde gibt es sehr viele Anwendungsmöglichkeiten für Indi um-Zinn-Oxid (ITO)-Systeme, und dementsprechend auch sehr viele Untersuchungen zu ihrer Herstellung.Indium tin oxides are known for their optoelectronic properties draws. You are e.g. B. in the form of thin transparent layers capable To reflect infrared light and at the same time are characterized by a relatively high electronic conductivity with existing transparency in layer systems. For this reason there are many possible uses for Indi um tin oxide (ITO) systems, and accordingly a lot of research their manufacture.
Die gängigsten Verfahren zum Auftragen von transparenten Schichten sind Gaspha sentechniken, bei denen das ITO aus der Gasphase auf das Substrat in Form einer zusammenhängenden dünnen Schicht abgeschieden wird. Als andere Verfahren werden der Sol-Gel-Prozeß oder Pulver- und Pastentechnologien verwendet.The most common methods for applying transparent layers are gas phase techniques in which the ITO from the gas phase onto the substrate in the form of a coherent thin layer is deposited. As a different process the sol-gel process or powder and paste technologies are used.
Das Stoffsystem Indium und Sauerstoff ist durch eine Vielzahl von Verbindungen gekennzeichnet. Die thermodynamisch stabilste ist In2O3. Indiumoxide der Zusam mensetzung In4O3, In4O5, In2O und In7O9 werden üblicherweise durch Reduktion von In2O3 in Wasserstoffstrom gebildet. In2O3 ist bei Zimmertemperatur dunkelgelb bis hellgelb, bei höheren Temperaturen braun bis braunrot und in Mineralsäuren löslich. Röntgenographisch kann nur die kubische Modifikation nachgewiesen werden.The indium and oxygen system is characterized by a large number of compounds. The most thermodynamically stable is In 2 O 3 . Indium oxides of the composition In 4 O 3 , In 4 O 5 , In 2 O and In 7 O 9 are usually formed by reducing In 2 O 3 in a hydrogen stream. In 2 O 3 is dark yellow to light yellow at room temperature, brown to brownish red at higher temperatures and soluble in mineral acids. Only the cubic modification can be detected by X-ray.
Zur Herstellung reiner Indiumoxidpulver wird in der Literatur überwiegend die Präzipitation aus Lösungen beschrieben. Die gewählten Hydroxide werden danach durch Calcinieren in die Oxide überführt. Wäßrige Salzlösungen werden mit Alkalilösungen, mit Ammoniak oder mit Harnstoff gefällt; siehe z. B. JP 06227815 A2, JP 05193939 A2, JP 04325415 A2, JP 04219315 A2 und DE 21 27 135 A. In the literature, the production of pure indium oxide powder is predominantly used Precipitation from solutions described. The chosen hydroxides are then converted into the oxides by calcining. Aqueous salt solutions are included Alkali solutions, precipitated with ammonia or with urea; see e.g. B. JP 06227815 A2, JP 05193939 A2, JP 04325415 A2, JP 04219315 A2 and DE 21 27 135 A.
Bisweilen erfolgt die Fällung auch in Gegenwart von Schwefelsäure oder Sulfat lösungen; siehe z. B. JP 05058627 A2. Es finden sich jedoch keine Angaben über den Einfluß des Fällungsmittels auf die Pulverqualität. Auch enthält die Literatur keine oder sehr ungenaue Angaben zu Partikelgröße oder Agglomerationszustand. Die Partikelgrößen, die in der Regel aus den Messungen der BET-Oberfläche der Pulver zurückgerechnet werden, erstrecken sich vom Nanometerbereich bis in den Bereich von 100 µm.Sometimes the precipitation takes place in the presence of sulfuric acid or sulfate solutions; see e.g. B. JP 05058627 A2. However, there is no information about the influence of the precipitant on the powder quality. Also contains the literature no or very inaccurate information on particle size or agglomeration state. The particle sizes that are usually obtained from the measurements of the BET surface area Powder calculated back extend from the nanometer range to the 100 µm range.
Indiumoxid ist ein wide-gap n-Halbleiter, dessen intrinsische Elektronenleitung auf Sauerstoffehlstellen beruht. Die Mobilität der Ladungsträger wird neben intra kristallinen Effekten vor allem durch die Behinderung interkristalliner Elektronen übergänge beschränkt. Eine Möglichkeit, die geringe Ladungsträgerdichte des reinen Indiumoxids zu erhöhen, ist der gezielte Einbau von vierwertigen Elementen wie z. B. Zinn.Indium oxide is a wide-gap semiconductor, the intrinsic electron conduction of which Oxygen vacancies is based. In addition to intra crystalline effects mainly through the hindrance of intercrystalline electrons limited transitions. One possibility, the low charge density of the Increasing pure indium oxide is the targeted incorporation of tetravalent elements such as B. tin.
Es sind verschiedene Arten der Herstellung von Indiumoxid-Zinnoxid-Gemischen bekannt. Beim einfachen Mixed-Oxide-Verfahren zur Herstellung von ITO-Ge mischen werden Temperaturen zwischen 700°C und 900°C benötigt; siehe z. B. EP 654 447 A1. Die Sol-Gel-Technik eignet sich ebenfalls zur Herstellung von ITO-Gemischen, wobei spezifische Pulveroberflächen von 10 m2/g angegeben werden; siehe z. B. JP 06293517 A, JP 06080422 A und JP 05201731 A. Weiter werden Elektrolyseverfahren beschrieben, bei denen durch anodische Oxidation einer Indiumelektrode bzw. einer Indiumzinnelektrode Hydroxide erzeugt werden, die man durch nachfolgendes Calcinieren in Oxide umwandelt; siehe JP 63195101 A2, JP 06171937 A2 und JP 06329415 A2. Es werden auch Indiumzinnhydroxide in organischen Lösungsmitteln dispergiert, durch azeotrope Destillation dehydriert und anschließend durch Trocknen und Calcinierung in die Oxide überführt; siehe JP 02006332 A2. ITO-Pulver lassen sich auch durch eine Lichtbogenentladung zwischen einer Wolframelektrode und einer Indiumelektrode in einem Argon- Sauerstoff-Gemisch (Y. Endo et al., Funtai, Kogaku Kaishi (1995), 32 (12), 874-80) bzw. mittels Aerosolsprühpyrolyse von Indiumacetat in Wasser in einem Argonträgergas (D. M. Speckmann et al., Mater. Res. Soc. Symp. Roc. (1995), 372 (Hollow and Solid Sphere and Microspheres: Science and Technology Associated with Their Fabrication and Application), 247-52 oder durch Versprühen von Indium zinnsalzlösungen bei 800°C herstellen (JP 01087519 A). Über eine Kondensation von Indiumchlorid und Zinnchlorid aus der Gasphase und nachfolgender Reaktionen mit Sauerstoff oder Wasser läßt sich Indiumoxid oder Zinnoxid ebenso herstellen (JP 05024836 A2) wie durch eine Koronaentladung in reduzierender Atmosphäre bei 1000°C (DE 44 07 774 C1).Various ways of producing indium oxide-tin oxide mixtures are known. In the simple mixed oxide process for the production of ITO mixtures, temperatures between 700 ° C and 900 ° C are required; see e.g. B. EP 654 447 A1. The sol-gel technique is also suitable for the production of ITO mixtures, with specific powder surfaces of 10 m 2 / g being specified; see e.g. B. JP 06293517 A, JP 06080422 A and JP 05201731 A. Furthermore, electrolysis processes are described in which hydroxides are produced by anodic oxidation of an indium electrode or an indium tin electrode, which are converted into oxides by subsequent calcining; see JP 63195101 A2, JP 06171937 A2 and JP 06329415 A2. Indium tin hydroxides are also dispersed in organic solvents, dehydrated by azeotropic distillation and then converted into the oxides by drying and calcination; see JP 02006332 A2. ITO powders can also be armed by an arc discharge between a tungsten electrode and an indium electrode in an argon-oxygen mixture (Y. Endo et al., Funtai, Kogaku Kaishi (1995), 32 (12), 874-80) Aerosol spray pyrolysis of indium acetate in water in an argon carrier gas (DM Speckmann et al., Mater. Res. Soc. Symp. Roc. (1995), 372 (Hollow and Solid Sphere and Microspheres: Science and Technology Associated with Their Fabrication and Application), 247 -52 or by spraying indium tin salt solutions at 800 ° C. (JP 01087519 A) Indium oxide or tin oxide can also be produced by condensation of indium chloride and tin chloride from the gas phase and subsequent reactions with oxygen or water (JP 05024836 A2) a corona discharge in a reducing atmosphere at 1000 ° C (DE 44 07 774 C1).
Zur Herstellung von ITO-Schichten werden z. B. direkt ITO-Pulver eingesetzt. So verwenden z. B. die JP 07118840 A ein ITO-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 30 m2/g, die JP 06049394 A ein ITO-Pulver mit einem Durchmesser von 200 nm und die JP 05036314 A ein ITO-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 30 nm.For the production of ITO layers, for. B. directly used ITO powder. So use z. B. JP 07118840 A is an ITO powder with a specific surface area of 30 m 2 / g, JP 06049394 A is an ITO powder with a diameter of 200 nm and JP 05036314 A is an ITO powder with an average particle size of 30 nm.
Zusammenfassend bedeutet dies, daß eine Vielzahl an Herstellungsverfahren für
zinndotierte Indiumoxid (ITO)-Pulver vorliegen. Definierte Angaben über Pulverquali
täten in Verbindung mit ihrer Herstellungsweise sind jedoch nicht beschrieben. Die
Qualität der eingesetzten Pulver wird üblicherweise über die Anwendung definiert. In
den letzten Jahren hat das Interesse an einer definierten Herstellung und
Anwendung transparenter leitfähiger Schichten auf verschiedenen Substraten stark
an Bedeutung gewonnen. Während die Anwendung Sb- und F-dotierter Zinnoxid
schichten auf Glassubstraten aufgrund ihrer Leitfähigkeit, ihrer Transparenz im
sichtbaren Spektralbereich und ihrer Reflexionseigenschaften im IR-Bereich für die
Oberflächenbeheizung von Gläsern für Flugzeuge, Raumschiffe, Kameras und auch
für elektrostatische Abschirmzwecke schon lange bekannt ist, sind in neuerer Zeit
vielfältige Anforderungen an derartige Schichten für die Anwendungen in der
Mikro- und Optoelektonik entstanden. Dazu gehören z. B.
In summary, this means that there are a large number of manufacturing processes for tin-doped indium oxide (ITO) powder. However, defined information about powder qualities in connection with their method of manufacture are not described. The quality of the powder used is usually defined by the application. In recent years, the interest in a defined production and application of transparent conductive layers on various substrates has become increasingly important. While the use of Sb- and F-doped tin oxide has long been known on glass substrates due to its conductivity, its transparency in the visible spectral range and its reflection properties in the IR range for the surface heating of glasses for aircraft, spaceships, cameras and also for electrostatic shielding purposes, In recent times, diverse requirements have been placed on such layers for applications in microelectronics and optoelectronics. These include e.g. B.
- 1. transparente Ansteuerelektroden für Flüssigkeitsdisplays, Dünnfilmelektro lumineszenz-Displays und Elektrochromie-Displays1. transparent control electrodes for liquid displays, thin film electro luminescent displays and electrochromic displays
- 2. transparente leitfähige Schichten für hochempfindliche Strahlungsdetektoren, ferroelektrische Photoleiter und Speicheranordnungen 2. transparent conductive layers for highly sensitive radiation detectors, ferroelectric photoconductors and memory devices
- 3. transparente leitfähige Oxidfilme als Gate-Elektroden für Ladungs-, Injektions- und ladungsgekoppelte Anordnungen.3. transparent conductive oxide films as gate electrodes for charge, Injection and charge coupled devices.
Diese Anwendungen in der Optoelektronik sind gleichfalls mit höheren Anforderungen an die Leitfähigkeit, Transparenz und Strukturierbarkeit der Schichten verbunden. Aufgrund der ungünstigen Strukturierungseigenschaften dotierter Zinnoxidschichten bei der üblichen Strukturierung durch chemische Ätztechnologien haben sich für diese Anwendungen überwiegend zinndotierte Indiumoxidschichten (ITO) durchgesetzt.These applications in optoelectronics are also higher Conductivity, transparency and structurability requirements Layers connected. Because of the unfavorable structuring properties doped tin oxide layers in the usual structuring by chemical Etching technologies have predominantly tin doped for these applications Indium oxide layers (ITO) prevailed.
Weiterhin zeigen diese ITO-Schichten im Vergleich zu dotierten Zinnoxidschichten eine wesentlich bessere Leitfähigkeit und Transparenz. Zinndotierte Indiumoxid schichten stellen zur Zeit die leitfähigsten Beschichtungen dar, die kommerziell erhältlich sind. Im Routinebetrieb liegt der erreichbare spezifische Widerstand bei etwa 1 - 2 × 10-4 Ohm.cm, was in Verbindung mit einer etwa 30 nm dicken Sperrschicht aus SiO2 bereits bei 120 nm Schichtdicke zu einem Flächenwiderstand von 15 Ω/ führt. (Transparenz < 90%). Bedingt durch die Herstellung im Sputter- bzw. CVD-Verfahren sind die Kosten für diese Art der Beschichtung vergleichsweise hoch und großflächige Beschichtungen sind nur schwer durchzuführen.Furthermore, these ITO layers show a significantly better conductivity and transparency compared to doped tin oxide layers. Tin-doped indium oxide layers are currently the most conductive coatings that are commercially available. In routine operation, the achievable specific resistance is about 1 - 2 × 10 -4 Ohm.cm, which in connection with an approximately 30 nm thick barrier layer made of SiO 2 already leads to a surface resistance of 15 Ω / with a layer thickness of 120 nm. (Transparency <90%). Due to the production in the sputtering or CVD process, the costs for this type of coating are comparatively high and large-area coatings are difficult to carry out.
Die hohe Ladungsträgerdichte in Verbindung mit einer Ladungsträgermobilität im Bereich von 40-60 cm2/Vs führt zu einer sehr hohen Transparenz im sichtbaren Bereich, bei gleichzeitig hervorragender Reflexion im IR-Bereich. Der Anteil an Zinnoxid liegt üblicherweise zwischen 7-12 Gew.-%.The high charge carrier density in connection with charge carrier mobility in the range of 40-60 cm 2 / Vs leads to a very high transparency in the visible range, with at the same time excellent reflection in the IR range. The proportion of tin oxide is usually between 7-12% by weight.
Für viele Anwendungsgebiete, insbesondere in der Mikro- und Optoelektronik, bei optischen und IR reflektierenden Beschichtungen ist es wichtig, daß ITO-Pulver verwendet werden, die aus nanoskaligen Partikeln bestehen. Solche nanoskaligen Partikel weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von bevorzugt nicht mehr als 200 nm, insbesondere nicht mehr als 50 nm und besonders bevorzugt nicht mehr als 30 nm auf. Ein besonders bevorzugter Bereich liegt bei 5 bis 30 nm. For many areas of application, especially in micro and optoelectronics Optical and IR reflective coatings, it is important that ITO powder are used, which consist of nanoscale particles. Such nanoscale Particles have an average particle size of preferably not more than 200 nm, in particular not more than 50 nm and particularly preferably not more than 30 nm on. A particularly preferred range is 5 to 30 nm.
Bei vielen Verfahren zur Herstellung von Indium-Zinn-Oxid-Pulvern oder -Suspen sionen werden Suspensionen von Vorstufen des Indium-Zinn-Oxid-Pulvers erhalten, aus denen nach Trocknung die Indium-Zinn-Oxid-Pulver durch Calcinierung hergestellt werden. Die Partikelgrößen der so hergestellten Pulvern liegen aber nicht im gewünschten nm-Bereich und die Pulver können auch nicht wieder zu Suspensionen mit Partikelgrößen im nm-Bereich (nanoskalige Partikel) aufgearbeitet werden, so daß mit derart hergestellten dünnflüssigen Suspensionen keine Beschichtungen über Tauch-, Sprüh- oder ähnliche Verfahren mit Partikelgrößen im nm-Bereich hergestellt werden können.In many processes for the production of indium tin oxide powders or suspensions ions, suspensions of precursors of the indium tin oxide powder are obtained, from which after drying the indium tin oxide powder by calcination getting produced. However, the particle sizes of the powders produced in this way are not in the desired nm range and the powders can also not again Suspensions with particle sizes in the nm range (nanoscale particles) worked up are, so that with such low viscosity suspensions Coatings by dipping, spraying or similar processes with particle sizes in nm range can be produced.
Zwar entstehen bei der Bildung der ITO-Pulvervorstufen in Suspension unter den geeigneten Bedingungen nanoskalige Primärpartikel geeigneter Größe, bei der Aufarbeitung, insbesondere bei der Calcinierung, aggregieren diese Primärpartikel aber zu größeren Partikeln. Diese Aggregatbildung ist darauf zurückzuführen, daß mit abnehmender Partikelgröße auch schwache Wechselwirkungskräfte, wie z. B. van der Waals-Kräfte, erheblich an Bedeutung gewinnen bzw. dominieren. Hinzu kommt, daß die Partikeloberfläche immer mit funktionellen, d. h. kondensationsfähigen, Gruppen belegt ist, die durch Kondensationsreaktionen zwischen einzelnen Primärpartikeln zur Bildung harter Aggregate führen. Die Primärpartikel sind dann quasi über Sinterhälse miteinander verbunden. Diese aus Primärpartikeln bestehenden Aggregate können durch einen einfachen Dispergierungsschritt in einem nichtwäßrigen oder wäßrigen Lösungsmittel nicht mehr aufgebrochen werden.The ITO powder precursors are formed in suspension among the suitable conditions nanoscale primary particles of suitable size, in which Working up, especially in the calcination, aggregate these primary particles but to larger particles. This aggregate formation is due to the fact that with decreasing particle size also weak interaction forces, such as B. van der Waals forces, gaining significant importance or dominating. On top of that the particle surface always with functional, d. H. condensable, groups is evidenced by condensation reactions between individual primary particles Form hard aggregates. The primary particles are then virtually over sintered necks connected with each other. These aggregates consisting of primary particles can by a simple dispersion step in a non-aqueous or aqueous Solvent can no longer be broken open.
Derartige über eine Calcinierung hergestellte Pulver können nicht für hochtrans parente Schichten verwendet werden, da Partikel mit Größen über 50 nm schon zu optischen Störungen führen.Such powders produced by calcination cannot be used for highly trans Parent layers are used, since particles with sizes over 50 nm are already too cause optical interference.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Suspensionen, Pulver und Formkörper auf der Basis von Zinn-Indium-Oxid so herzustellen, daß trotz Calcinierung nanoskalige Partikel mit geeigneter Größe erhalten werden und die Pulver in einem einfachen Dispergierungsschritt zu Suspensionen verarbeitet werden können, wobei die Primärpartikelgröße vollständig erhalten bleibt. The object of the present invention was therefore to make suspensions, powders and To produce moldings based on tin indium oxide so that despite Calcination of nanoscale particles with a suitable size can be obtained and the Powder processed into suspensions in a simple dispersion step can be, whereby the primary particle size is completely retained.
Dies gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von
Suspensionen, Pulvern und Formkörpern von Indium-Zinn-Oxid, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß
This is achieved according to the invention by a process for the production of suspensions, powders and moldings of indium tin oxide, which is characterized in that
- a) Indiumoxid- und Zinnoxid-Vorstufen in Gegenwart einer oder mehrerer ober flächenmodifizierender Komponenten aus Lösungen in einem oder mehreren Lösungsmitteln gefällt werden,a) Indium oxide and tin oxide precursors in the presence of one or more upper surface-modifying components from solutions in one or more Solvents are precipitated,
- b) das erhaltene Pulver nach Entfernung des Lösungsmittels calciniert wird,b) the powder obtained is calcined after removal of the solvent,
- c) eine oder mehrere oberflächenmodifizierende Komponenten und ein oder mehrere Lösungsmittel zugegeben werden,c) one or more surface-modifying components and one or several solvents are added
- d) die erhaltene Mischung einer Zerkleinerungs- oder Dispergierbehandlung unter worfen wird,d) the mixture obtained is a grinding or dispersing treatment will throw
- e) gegebenenfalls flüssige Komponenten aus der Suspension abgetrennt werden, um ein Pulver erhalten,e) liquid components are optionally separated from the suspension, to get a powder
- f) gegebenenfalls das erhaltene Pulver über ein Formgebungsverfahren in einen Formkörper überführt wird.f) optionally the powder obtained in a molding process Shaped body is transferred.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden überraschenderweise Suspensionen, Pulver und Formkörper auf der Basis von Indium-Zinn-Oxid erhalten, die im wesentlichen aus Primärpartikeln bestehen und im wesentlichen keine durch Aggregation von Primärpartikeln gebildete Agglomerate enthalten. Die Pulver lassen sich leicht zu Suspensionen redispergieren, in denen die Primärpartikelgröße praktisch vollständig erhalten bleibt.Surprisingly, suspensions, Obtained powder and moldings based on indium tin oxide, which in essentially consist of primary particles and essentially none Contain aggregation of primary particles formed agglomerates. Leave the powder easily redisperse into suspensions in which the primary particle size remains practically completely intact.
Unter einem Indium-Zinn-Oxid-Pulver, das auch als ITO-Pulver bezeichnet wird, wird ein Pulver verstanden, das im wesentlichen aus einem Mischoxid von Indium und Zinn besteht. Das Indium und das Zinn können darin in einer oder in verschiedenen Oxidationsstufen vorliegen. Beispielsweise liegen In(+I) und/oder In(+III) sowie Sn(+II) und/oder Sn(+IV) vor. Sn liegt bevorzugt als Sn(+IV) vor. Gegebenenfalls können Indium und Zinn auch teilweise als In(0) oder Sn(0) vorliegen. Auf der Oberfläche der Partikel des ITO-Pulvers sind auch die nachstehend beschriebenen oberflächenmodifizierenden Komponenten vorhanden. Taking an indium tin oxide powder, which is also referred to as ITO powder understood a powder consisting essentially of a mixed oxide of indium and Tin exists. The indium and the tin can be in one or in different Oxidation levels are present. For example, there are In (+ I) and / or In (+ III) as well Sn (+ II) and / or Sn (+ IV). Sn is preferably present as Sn (+ IV). Possibly indium and tin can also be partially present as In (0) or Sn (0). On the The surface of the particles of ITO powder are also those described below surface-modifying components available.
Bevorzugt handelt es sich bei dem ITO-Pulver um ein zinndotiertes Indiumoxid, d. h. der Anteil an Zinnoxid ist geringer als der Anteil an Indiumoxid. Der Anteil an Zinnoxid bezogen auf das Indium-Zinn-Oxid, ohne Berücksichtigung der oberflächenmodifizierenden Komponente, beträgt beispielsweise 2 bis 30 Mol-%, bevorzugt 7 bis 12 Mol-%. Das ITO-Pulver kann beispielsweise, ohne Berücksichtigung der oberflächenmodifizierenden Komponente, durch die Formel In2-ySnyO3 mit 0 ≦ y < 2, insbesondere 0 ≦ y < 1 ausgedrückt werden (Ladungsüberschuß: e⁻y).The ITO powder is preferably a tin-doped indium oxide, ie the proportion of tin oxide is less than the proportion of indium oxide. The proportion of tin oxide based on the indium-tin oxide, without taking into account the surface-modifying component, is, for example, 2 to 30 mol%, preferably 7 to 12 mol%. The ITO powder can be expressed, for example, without taking into account the surface - modifying component, by the formula In 2-y Sn y O 3 with 0 ≦ y <2, in particular 0 ≦ y <1 (excess charge: e⁻ y ).
Selbstverständlich kann das Indium-Zinn-Oxid-Pulver Verunreinigungen enthalten. Der akzeptierbare Grad hängt vom Verwendungszweck ab. Über die Edukte kann z. B. SO4 2-, Ca, Co, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, K oder Na enthalten sein. Durch Verwendung reiner Edukte können SO4 2-, Ca, Co, Cu, Fe, Ni, Pb und Zn auf unter 0,005 Gew.-% und Na, K auf unter 0,01 Gew.-% gebracht werden. Über das Verfahren kann z. B. NH4⁺ und Cl⁻ in das Produkt gelangen, das je nach Anzahl der Waschcyclen praktisch gänzlich entfernt werden kann. Bezogen auf das Indium-Zinn-Oxid-Pulver sind aber unter Berücksichtigung der oberflächenmodifizierenden Komponente weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, insbesondere bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-% Verunreinigungen enthalten.Of course, the indium tin oxide powder can contain impurities. The acceptable level depends on the purpose. About the educts z. B. SO 4 2- , Ca, Co, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, K or Na may be included. By using pure starting materials, SO 4 2- , Ca, Co, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn can be brought to below 0.005% by weight and Na, K to below 0.01% by weight. About the method, for. B. NH 4 ⁺ and Cl⁻ get into the product, which can be virtually completely removed depending on the number of washing cycles. Based on the indium tin oxide powder, but taking into account the surface-modifying component, less than 5% by weight, preferably less than 1% by weight, particularly preferably less than 0.1% by weight, of impurities are present.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Indiumoxid- und Zinnoxid-Vorstufen in Gegenwart einer oder mehrerer oberflächenmodifizierender Komponenten aus einem oder mehreren Lösungsmitteln gefällt.In the process according to the invention, indium oxide and tin oxide precursors are formed in Presence of one or more surface-modifying components one or more solvents.
Bei dem Fällungsprozeß bzw. dem Co-Fällungsprozeß kann es sich um jedes hierfür nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren handeln. Die Fällung kann beispielsweise über ein Sol-Gel-Verfahren, ein Elektrolyseverfahren, ein Dehydrierungsverfahren oder ein Aerosolsprühpyrolyseverfahren, wie sie vorstehend beschrieben wurden, durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt die Fällung aber durch ein Sol-Gel-Verfahren. Bei dem Sol-Gel-Verfahren werden bei Anwesenheit von Wasser z. B. durch Zusatz von Basen oder Säuren Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen eingeleitet, die zur Fällung von Hydroxo(Oxo)-kon densaten führen. Dabei werden zur Fällung der Indiumoxide und Zinnoxid Vorstufen besonders bevorzugt Basen, insbesondere primäre, sekundäre, tertiäre aliphatische oder aromatische Amine, Tetramethylammoniumhydroxid, NaOH, KOH, Ammoniak, Ammoniumhydroxid oder Mischungen davon eingesetzt. Besonders bevorzugt wird Ammoniumhydroxid für die Fällung eingesetzt.The precipitation process or the co-precipitation process can be any of these act according to methods known in the art. The precipitation can for example via a sol-gel process, an electrolysis process Dehydration process or an aerosol spray pyrolysis process as they are described above. Precipitation is preferred but through a sol-gel process. In the sol-gel process, at Presence of water e.g. B. by adding bases or acids hydrolysis and Condensation reactions initiated to precipitate hydroxo (oxo) con lead data. In doing so, the indium oxides and tin oxide are precipitated Precursors particularly preferably bases, especially primary, secondary, tertiary aliphatic or aromatic amines, tetramethylammonium hydroxide, NaOH, KOH, Ammonia, ammonium hydroxide or mixtures thereof are used. Especially ammonium hydroxide is preferably used for the precipitation.
Als Indiumoxide und Zinnoxid-Vorstufen können alle Indium- bzw. Zinn- Verbindungen eingesetzt werden, aus denen durch Fällung und gegebenenfalls anschließender Nachbearbeitung, wie beispielsweise einer Calcinierung, Indi um-Zinn-Oxid-Pulver erhalten werden können. Naturgemäß richtet sich die Wahl der Indium- und Zinn-Verbindungen nach dem eingesetzten Fällungsverfahren Beispielsweise können bei Elektrolyseverfahren Indiumelektroden oder Indiumzinn elektroden und bei Dehydrierungsverfahren Indiumzinnhydroxide als Indiumoxide- und Zinnoxid-Vorstufen dienen.As indium oxides and tin oxide precursors, all indium and tin Compounds are used, from which by precipitation and optionally subsequent post-processing, such as calcination, indi um tin oxide powder can be obtained. Naturally, the choice of Indium and tin compounds after the precipitation process used For example, indium electrodes or indium tin can be used in electrolysis processes electrodes and in dehydrogenation processes indium tin hydroxides as indium oxides and tin oxide precursors.
Bevorzugte Indiumoxide und Zinnoxid-Vorstufen sind, insbesondere bei Sol-Gel-Fäl lungsverfahren, Indiumchlorid, Indiumiodid, Indiumnitrat, Indiumacetat, Indiumsulfat, Indiumalkoxide, wie Indiummethoxid oder Indiumethoxid, oder Mischungen davon bzw. Zinnchlorid, Zinnsulfat, Zinnalkoxide, wie Zinnmethoxid oder Zinnethoxid, oder Mischungen davon, wobei Zinn in der Oxidationsstufe +2 oder +4 und Indium in der Oxidationsstufe +3 oder beim Chlorid und Iodid auch in der Oxidationsstufe +1 vorliegt.Preferred indium oxides and tin oxide precursors are, especially in the case of sol-gel precipitation indium chloride, indium iodide, indium nitrate, indium acetate, Indium sulfate, indium alkoxides, such as indium methoxide or indium ethoxide, or Mixtures thereof or tin chloride, tin sulfate, tin alkoxides, such as tin methoxide or tin thoxide, or mixtures thereof, with tin in the oxidation state +2 or +4 and indium in the oxidation state +3 or with chloride and iodide also in oxidation level +1 is present.
Die Indiumoxid- und Zinnoxid-Vorstufen werden gemeinsam aus einem oder mehreren Lösungsmitteln gefällt. Die Indiumoxid- und Zinnoxid-Precursoren sind bevorzugt vollständig in dem oder den Lösungsmittel(n) gelöst. Als Lösungsmittel werden vorzugsweise Wasser und/oder organische Lösungsmittel eingesetzt. Ein besonders bevorzugtes Lösungsmittel ist destilliertes (reines) Wasser. Als organische Lösungsmittel eignen sich sowohl polare als auch unpolare und aprotische Lösungsmittel Beispiele hierfür sind Alkohole, wie z. B. aliphatische Alkohole mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen (insbesondere Methanol, Ethanol, n- und i-Propanol und Butanol); Ketone, wie z. B. Aceton und Butanon; Ester, wie z. B. Essigsäureethylester; Ether, wie z. B. Diethylether, Tetrahydrofuran und Tetrahydropyran; Amide, wie z. B. Dimethylacetamid und Dimethylformamid; Sulfoxide und Sulfone, wie z. B. Sulfolan und Dimethylsulfoxid; und aliphatische (gegebenenfalls halogenierte) Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Pentan, Hexan und Cyclohexan. Selbstverständlich können auch Mischungen derartiger Lösungsmittel eingesetzt werden.The indium oxide and tin oxide precursors are combined from one or like several solvents. The indium oxide and tin oxide precursors are preferably completely dissolved in the solvent (s). As a solvent water and / or organic solvents are preferably used. On distilled (pure) water is a particularly preferred solvent. As organic Solvents are suitable for both polar and non-polar and aprotic ones Solvents Examples of these are alcohols, such as. B. aliphatic alcohols with 1 to 6 Carbon atoms (especially methanol, ethanol, n- and i-propanol and butanol); Ketones such as B. acetone and butanone; Esters such as B. ethyl acetate; Ether like e.g. B. diethyl ether, tetrahydrofuran and tetrahydropyran; Amides such as B. Dimethylacetamide and dimethylformamide; Sulfoxides and sulfones, such as. B. Sulfolan and Dimethyl sulfoxide; and aliphatic (optionally halogenated) hydrocarbons, such as B. pentane, hexane and cyclohexane. Mixtures can of course also be used such solvents are used.
Das eingesetzte Lösungsmittel hat vorzugsweise einen Siedepunkt, der eine problemlose Entfernung desselben durch Destillation (gegebenenfalls unter Vakuum) ermöglicht. Bevorzugt werden Lösungsmittel mit einem Siedepunkt unter 200°C, ins besondere unter 150°C.The solvent used preferably has a boiling point which is one easy removal by distillation (possibly under vacuum) enables. Solvents with a boiling point below 200 ° C. are preferred especially below 150 ° C.
Die Fällung findet in Gegenwart von oberflächenmodifizierenden Komponenten statt. Bei der oder den oberflächenmodifizierenden Komponente(n) kann es sich beispielsweise um kurzkettige organische Moleküle handeln. Derartige Verbindungen weisen vorzugsweise nicht mehr als insgesamt 24, insbesondere nicht mehr als insgesamt 18 und besonders bevorzugt nicht mehr als 12 Kohlenstoffatome auf. Die Anlagerung an die Oberfläche der entstehenden Primärpartikel kann beispielsweise über eine kovalente oder ionische Bindung und/oder polare (Dipol-Dipol-Wech selwirkung) oder van-der-Waals-Kräfte erfolgen. Bevorzugt weisen die oberflächenmodifizierenden Komponenten eine oder mehrere funktionelle Gruppen auf. Die funktionellen Gruppen, die diese Verbindungen tragen, richten sich in erster Linie nach den Oberflächengruppen des resultierenden ITO-Pulvers und darüber hinaus auch nach der gewünschten Wechselwirkung. Beispiele für bevorzugte funktionelle Gruppen sind Carbonsäuregruppen, Säureamidgruppen (primäre, sekundäre und tertiäre) Aminogruppen, Hydroxylgruppen und C-H-acide Gruppierungen, wie in β-Dicarbonylverbindungen. Es können auch mehrere dieser Gruppen gleichzeitig in einem Molekül vorhanden sein (Betaine, Aminosäuren, EDTA, usw.).The precipitation takes place in the presence of surface-modifying components. The surface-modifying component (s) can be for example short-chain organic molecules. Such connections preferably have no more than a total of 24, in particular no more than a total of 18 and particularly preferably not more than 12 carbon atoms. The Accumulation on the surface of the primary particles formed can, for example via a covalent or ionic bond and / or polar (dipole-dipole change interaction) or van der Waals forces. Preferably, the surface-modifying components one or more functional groups on. The functional groups that carry these compounds are directed first Line according to the surface groups of the resulting ITO powder and beyond even after the desired interaction. Examples of preferred functional Groups are carboxylic acid groups, acid amide groups (primary, secondary and tertiary) amino groups, hydroxyl groups and C-H-acidic groups, as in β-dicarbonyl compounds. Several of these groups can be used simultaneously in one Molecule (betaines, amino acids, EDTA, etc.).
Demgemäß sind Beispiele für die oberflächenmodifizierenden Komponenten gesättigte oder ungesättigte Mono- und Polycarbonsäuren (vorzugsweise Monocarbonsäuren) mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen. Accordingly, there are examples of the surface modifying components saturated or unsaturated mono- and polycarboxylic acids (preferably Monocarboxylic acids) having 1 to 24 carbon atoms.
Beispiele für weitere geeignete oberflächenmodifizierenden Komponenten sind Mono- und Polyamine, insbesondere solche der allgemeinen Formel R3-nNHn, worin n = 0, 1 oder 2 und die Reste R unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen (z. B. Methyl, Ethyl, n- und i-Propyl und Butyl) und Polyethylenamine; β-Dicarbonyl verbindungen mit 4 bis 12, insbesondere 5 bis 8 Kohlenstoffatomen; Organoalkoxysilane, wie z. B. diejenigen, die zur Oberflächenmodifizierung von kolloi daler Kieselsäure eingesetzt werden (z. B. solche der allgemeinen Formel R4-mSi(OR')m worin die Gruppen R und R' unabhängig voneinander C1-C4-Alkyl darstellen und m 1, 2, 3 oder 4 ist); und modifizierte Alkoholate, bei denen ein Teil der OR-Gruppen (R wie oben definiert) durch inerte organische Gruppen substituiert ist und über die noch vorhandenen OR-Gruppen eine Anbindung (Kondensation) auf der Partikeloberfläche erfolgt und die organischen Gruppen die Abschirmung übernehmen. Beispiele hierfür sind z. B. Zirkon-und Titanalkoholate M(OR)4 (M = Ti, Zr), bei denen ein Teil der OR-Gruppen durch einen Komplexbildner, wie z. B. eine β-Dicarbonylverbindung oder eine (Mono)carbonsäure ersetzt ist.Examples of further suitable surface-modifying components are mono- and polyamines, in particular those of the general formula R 3 -n NH n , in which n = 0, 1 or 2 and the radicals R independently of one another are alkyl groups with 1 to 12, in particular 1 to 6 and especially preferably represent 1 to 4 carbon atoms (e.g. methyl, ethyl, n- and i-propyl and butyl) and polyethylene amines; β-dicarbonyl compounds with 4 to 12, in particular 5 to 8, carbon atoms; Organoalkoxysilanes, such as. B. those used for the surface modification of colloidal silica (z. B. those of the general formula R 4-m Si (OR ') m in which the groups R and R' independently of one another represent C 1 -C 4 alkyl and m is 1, 2, 3 or 4); and modified alcoholates in which some of the OR groups (R as defined above) are substituted by inert organic groups and a bond (condensation) takes place on the particle surface via the OR groups still present and the organic groups take over the shielding. Examples of this are e.g. B. zirconium and titanium alcoholates M (OR) 4 (M = Ti, Zr), in which a part of the OR groups by a complexing agent, such as. B. a β-dicarbonyl compound or a (mono) carboxylic acid is replaced.
Eine weitere Gruppe von verwendbaren oberflächenmodifizierenden Komponenten sind Tenside, z. B. kationische, anionische, nicht-ionische und amphotere Tenside. Bevorzugt werden nicht-ionische Tenside, wobei Polyethylenoxid-Derivate besonders bevorzugt sind. Es kann sich dabei z. B. um Derivate mit gesättigten oder ungesättigten (Mono)carbonsäuren handeln, insbesondere mit Carbonsäuren mit mehr als 7, bevorzugt mehr als 11 Kohlenstoffatomen, z. B. Polyethylenoxid-Derivate mit Stearin-, Palmitin- oder Ölsäure, etwa die unter der Marke "Emulsogen" erhältlichen Produkte. Es kann sich auch um Derivate mit Sorbitanestern (Sorbitan + Carbonsäure) handeln, wobei als Carbonsäure beispielsweise die vorstehend genannten in Frage kommen. Diese Produkte sind im Handel unter der Marke "Tween" erhältlich. Weiter können Polyethylenoxid(mono)alkylether, beispielsweise mit Alkoholen mit mehr als 7, bevorzugt mehr als 11 Kohlenstoffatomen verwendet werden, z. B. die unter der Marke "Brij" erhältlichen Produkte. Another group of usable surface-modifying components are Surfactants, e.g. B. cationic, anionic, non-ionic and amphoteric surfactants. Prefers are non-ionic surfactants, with polyethylene oxide derivatives being particularly preferred are. It can be z. B. derivatives with saturated or unsaturated Act (mono) carboxylic acids, especially with carboxylic acids with more than 7, preferably more than 11 carbon atoms, e.g. B. polyethylene oxide derivatives with stearin, Palmitic or oleic acid, such as the products available under the "Emulsogen" brand. It can also be derivatives with sorbitan esters (sorbitan + carboxylic acid), the carboxylic acid being, for example, those mentioned above. These products are commercially available under the "Tween" brand. Can continue Polyethylene oxide (mono) alkyl ether, for example with alcohols with more than 7, is preferred more than 11 carbon atoms are used, e.g. B. the under the brand "Brij" available products.
Konkrete Beispiele für einsetzbare oberflächenmodifizierende Komponenten sind
Specific examples of usable surface-modifying components are
- a. Mono- und Polycarbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Pentansäure, Hexansäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Citronensäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Oxalsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Stearinsäure und insbesondere 3,6,9-Trioxadecansäure sowie die entsprechenden Anhydride,a. Mono- and polycarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, Butyric acid, pentanoic acid, hexanoic acid, acrylic acid, methacrylic acid, Crotonic acid, citric acid, adipic acid, succinic acid, glutaric acid, Oxalic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, stearic acid and in particular 3,6,9-trioxadecanoic acid and the corresponding anhydrides,
- b. Diketone wie Acetylaceton, 2,4-Hexandion, 3,5-Heptandion, Acetessigsäure, Acetessigsäure-C1-C4-Alkylester wie Acetessigsäureethylester, Diacetyl und Acetonylaceton,b. Diketones such as acetylacetone, 2,4-hexanedione, 3,5-heptanedione, acetoacetic acid, acetoacetic acid-C 1 -C 4 -alkyl esters such as ethyl acetoacetate, diacetyl and acetonylacetone,
- c. Aminosäuren, insbesondere β-Alanin, aber auch Glycin, Valin, Aminocapronsäure, Leucin und Isoleucin,c. Amino acids, especially β-alanine, but also glycine, valine, Aminocaproic acid, leucine and isoleucine,
- d. Polyethylenoxid-Derivate, insbesondere Tween® 80 (Sorbitan-monooleat polyoxyalkylen), aber auch Emulsogen® (Hexaglycolmonostearat), Emulsogen® OG (Ölsäurederivat) und Brij® 30 (Polyoxyethylenlaurylether),d. Polyethylene oxide derivatives, especially Tween® 80 (sorbitan monooleate polyoxyalkylene), but also Emulsogen® (hexaglycol monostearate), Emulsogen® OG (oleic acid derivative) and Brij® 30 (polyoxyethylene lauryl ether),
- e. Säureamide, insbesondere Caprolactam, unde. Acid amides, especially caprolactam, and
- f. Amine wie z. B. Methylamin, Dimethylamin. Trimethylamin, Anilin, N-Methylanilin, Diphenylamin, Triphenylamin, Toluidin, Ethylendiamin, Diethylentriamin.f. Amines such as B. methylamine, dimethylamine. Trimethylamine, aniline, N-methylaniline, Diphenylamine, triphenylamine, toluidine, ethylenediamine, diethylene triamine.
Diese oberflächenmodifizierenden Komponenten können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Verbindungen sind 3,6,9-Trioxadecan säure, β-Alanin, Tween® 80 und Caprolactam.These surface-modifying components can be used individually or as a mixture be used. Particularly preferred compounds are 3,6,9-trioxadecane acid, β-alanine, Tween® 80 and caprolactam.
Der Anteil der oberflächenmodifizierenden Komponente(n), bezogen auf das ITO-Pulver, liegt bevorzugt zwischen 2 und 30 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 2 und 6 Gew.-%.The proportion of the surface-modifying component (s), based on the ITO powder, is preferably between 2 and 30 wt .-%, particularly preferred between 2 and 6% by weight.
Die Fällung in Gegenwart der oberflächenmodifizierenden Komponente(n) erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von Raumtemperatur (20°C) bis zur Siedetemperatur des Lösungsmittels. Besonders bevorzugt sind Temperaturen im Bereich von 20 bis 100°C. Die oberflächenmodifizierenden Komponenten sind üblicherweise teilweise oder vollständig auf der Oberfläche der entstehenden Indium-Zinn-Oxid-Pulvernartikel angelagert. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, daß die oberflächenmodifizierenden Komponenten nach Entfernung des Lösungsmittel und der Calcinierung zumindest teilweise auf der Oberfläche der Pulverpartikel verbleiben können. Es ist aber auch möglich, daß die oberflächenmodifizierenden Komponenten im Endprodukt nicht mehr vorhanden sind.The precipitation takes place in the presence of the surface-modifying component (s) preferably at a temperature from room temperature (20 ° C) to Boiling point of the solvent. Temperatures in the Range from 20 to 100 ° C. The surface modifying components are usually partially or completely on the surface of the resulting Indium-tin-oxide powder articles deposited. Without being tied to a theory , it is assumed that the surface-modifying components after removal of the solvent and the calcination at least partially on the Surface of the powder particles can remain. But it is also possible that the Surface-modifying components no longer exist in the end product are.
Anschließend wird das Lösungsmittel beispielsweise durch Filtrieren, Verdampfen und/oder Zentrifugieren und gegebenenfalls Trocknen, beispielsweise unter Vakuum und/oder erhöhter Temperatur (z. B. bei Temperaturen bis zu 250°C oder bis zu 200°C) oder durch Gefriertrocknen entfernt. Bei dem so erhaltenen Pulver handelt es sich üblicherweise um Partikel aus einem Indium-Zinn-Oxid/Hydroxid-Gemisch, wobei die Partikel gegebenenfalls an der Oberfläche modifiziert sind.The solvent is then filtered, for example, by evaporation and / or centrifuging and optionally drying, for example under vacuum and / or elevated temperature (e.g. at temperatures up to 250 ° C or up to 200 ° C) or freeze-dried. The powder obtained in this way these are usually particles from an indium tin oxide / hydroxide mixture, wherein the particles are modified on the surface if necessary.
Das erhaltene Pulver wird dann calciniert. Bevorzugt wird dies in einem Ofen ausgeführt. Die Calcinierung erfolgt beispielsweise bei Temperaturen zwischen 200 und 400°C, bevorzugt zwischen 230 und 280°C, besonders bevorzugt 250°C. Die isotherme Haltezeit beträgt beispielsweise zwischen 15 und 120 min, bevorzugt zwischen 45 und 90 min, besonders bevorzugt 60 min.The powder obtained is then calcined. This is preferred in an oven executed. The calcination takes place, for example, at temperatures between 200 and 400 ° C, preferably between 230 and 280 ° C, particularly preferably 250 ° C. The Isothermal holding time is, for example, between 15 and 120 minutes, preferably between 45 and 90 min, particularly preferably 60 min.
Die Calcinierung erfolgt bevorzugt unter reduzierenden Bedingungen, wobei ebenfalls die vorstehend genannten Verfahrensbedingungen zur Anwendung kommen. Die reduzierenden Bedingungen werden bevorzugt durch Durchleiten eines reduzierenden Gases/Gasgemisches oder eines reduzierenden Dampfes erhalten. Vor Einsatz der reduzierenden Komponente kann der Ofen mit einem Inertgas, z. B. Stickstoff gespült werden. Als reduzierendes Gas/Gasgemisch oder reduzierender Dampf kann beispielsweise Kohlenmonoxid, Kohlenmonoxid/Stickstoff, eine Wasserdampf-Atmosphäre oder Formiergas (Wasserstoff/Stickstoff) verwendet werden. Dabei ist die Verwendung von Formiergas besonders bevorzugt. Der eingesetzte Gasfluß hängt von der Menge des zu calcinierenden Pulvers und der reduzierenden Komponente ab. The calcination is preferably carried out under reducing conditions, wherein also apply the process conditions mentioned above come. The reducing conditions are preferred by passage a reducing gas / gas mixture or a reducing steam receive. Before using the reducing component, the furnace can be Inert gas, e.g. B. nitrogen purge. As a reducing gas / gas mixture or reducing steam can, for example, carbon monoxide, Carbon monoxide / nitrogen, a water vapor atmosphere or forming gas (Hydrogen / nitrogen) can be used. The use of Forming gas is particularly preferred. The gas flow used depends on the amount of the powder to be calcined and the reducing component.
Sofern das Pulver nicht unter reduzierenden Bedingungen calciniert wurde, kann die Reduktion auch nach der Calcinierung durchgeführt werden, beispielsweise durch Sinterung des Pulvers oder Formkörpers unter reduzierenden Bedingungen. Zur Reduktion können dann ebenfalls die vorstehend genannten Gase/Gasgemische oder Dämpfe eingesetzt werden.If the powder has not been calcined under reducing conditions, the Reduction can also be carried out after the calcination, for example by Sintering of the powder or molded body under reducing conditions. For Reduction can then also the gases / gas mixtures mentioned above or vapors are used.
Das calcinierte, gegebenenfalls reduzierte Pulver ist in dieser Form trotz des Einsatzes von oberflächenmodifizierenden Komponenten durch einfache Dispergierung nur noch unvollständig in eine Suspension mit Primärpartikelgröße, die üblicherweise im unteren nm-Bereich liegt, zu überführen.The calcined, possibly reduced powder is in this form despite the Use of surface-modifying components through simple Dispersion only incomplete in a suspension with primary particle size, which is usually in the lower nm range.
Erfindungsgemäß wird das calcinierte Pulver einer Zerkleinerungs- oder Dispergierungsbehandlung unter Zugabe weiterer oberflächenmodifizierender Komponenten und eines oder mehrerer Lösungsmittel unterworfen. Die Zerkleinerungs- oder Dispergierungsbehandlung kann auf jede denkbare Weise erfolgen; bevorzugt handelt es sich um eine Zerkleinerungsbehandlung. Besonders bevorzugt ist die mechanische Zerkleinerungsbehandlung und/oder die Zerkleinerungsbehandlung mittels Ultraschall.According to the calcined powder is a crushing or Dispersion treatment with the addition of further surface-modifying agents Components and one or more solvents subjected. The Crushing or dispersing treatment can be done in any conceivable way respectively; it is preferably a comminution treatment. Especially the mechanical comminution treatment and / or the Shredding treatment using ultrasound.
Der mechanische Zerkleinerungsschritt kann z. B. in Mühlen, Knetern oder Walzenstühlen durchgeführt werden. Geeignete Vorrichtungen für die mechanische Zerkleinerung sind beispielsweise Planetkugelmühlen, Rührwerkskugelmühlen und insbesondere Mörsermühlen und Dreiwalzenstühle. Die Zerkleinerung, die z. B. aus Mahlen und Homogenisieren bestehen kann, wird bevorzugt bei Raumtemperatur ausgeführt. Die Dauer hängt von der Art der Mischung und der verwendeten Zerkleinerungsvorrichtung ab.The mechanical crushing step can e.g. B. in mills, kneaders or Roller mills are carried out. Suitable devices for mechanical Comminution are, for example, planetary ball mills, agitator ball mills and especially mortar mills and three-roller mills. The crushing, the z. B. from Grinding and homogenization can be preferred at room temperature executed. The duration depends on the type of mixture and the one used Shredding device.
Die Zerkleinerung oder Dispergierung erfolgt unter Zusatz von einer oder mehreren oberflächenmodifizierenden Komponenten. Prinzipiell handelt es sich dabei um dieselben Verbindungen, die bereits vorstehend als oberflächenmodifizierende Komponenten für den Einsatz bei der Fällung beschrieben wurden. Dabei können in dieser Stufe dieselben Verbindungen als oberflächenmodifizierende Komponenten eingesetzt werden, die bei der Fällung verwendet wurden. Alternativ können aber auch bei der Fällung und bei der Zerkleinerung unterschiedliche oberflächen modifizierende Komponenten verwendet werden.The comminution or dispersion is carried out with the addition of one or more surface modifying components. In principle, it is about the same compounds that have been mentioned above as surface-modifying Components for use in precipitation have been described. You can in this stage the same compounds as surface modifying components be used, which were used in the precipitation. Alternatively, you can Different surfaces also during precipitation and crushing modifying components are used.
Organische Carbonsäuren und ihre Derivate, wie Anhydride und Säureamide, werden bevorzugt als oberflächenmodifizierende Komponente bei der Zerkleinerung oder Dispergierung eingesetzt. Es wird auf die vorstehend aufgeführten Beispiele verwiesen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von 3,6,9-Trioxadecansäure.Organic carboxylic acids and their derivatives, such as anhydrides and acid amides, are preferred as a surface-modifying component in comminution or dispersion used. It will refer to the examples listed above referred. The use of 3,6,9-trioxadecanoic acid is particularly preferred.
Bei der Zerkleinerung oder Dispergierung wird die oberflächenmodifizierende Komponente, bezogen auf das eingesetzte Indium-Zinn-Oxid-Pulver, bevorzugt in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 10 Gew.-%, zugegeben.When crushing or dispersing, the surface-modifying Component, based on the indium tin oxide powder used, preferably in an amount of 2 to 30% by weight, particularly preferably 2 to 10% by weight, admitted.
Die Zerkleinerung oder Dispergierung wird unter Zusatz von einem oder mehreren Lösungsmitteln durchgeführt. Als Lösungsmittel können die Lösungsmittel verwendet werden, die vorstehend für den Fällungsschritt beschrieben wurden. Bevorzugt werden als Lösungsmittel aber hochsiedende Flüssigkeiten verwendet. Unter hochsiedenden Flüssigkeiten werden dabei z. B. Flüssigkeiten mit einem Siedepunkt über 120°C, bevorzugt über 150°C verstanden. Bevorzugt werden hochsiedende Glycole oder Glycolether eingesetzt, beispielsweise Ethylen-, Propylen- oder Butylenglycol oder die entsprechenden Di-, Tri-, Tetra-, Penta- oder Hexamere, sowie die entsprechenden Mono- oder Diether, wobei eine oder beide Hydroxygruppen durch z. B. eine Methoxy, Ethoxy, Propoxy oder Butoxygruppe ersetzt sind. Weitere Beispiele sind Terpene, z. B. Terpineol; Polyole, z. B. 2-Me thyl-2,4-pentandiol; und Polyethylenglycole und deren Ether, wie Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetraethylenglycol, Diethylenglycoldiethylether, Tetraethylenglycol dimethylether oder Diethylenglycolmonobutylether. Ethylenglycol, Diethylenglycol und Diethylenglycolmonobutylether werden bevorzugt eingesetzt. Selbstverständlich können auch Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise im Volumenverhältnis von 2 : 1 bis 1 : 2. The crushing or dispersion is carried out with the addition of one or more Solvents. The solvents can be used as solvents described above for the precipitation step. Prefers but high-boiling liquids are used as solvents. Under high-boiling liquids are z. B. Liquids with a boiling point understood above 120 ° C, preferably above 150 ° C. High-boiling are preferred Glycols or glycol ethers used, for example ethylene, propylene or Butylene glycol or the corresponding di-, tri-, tetra-, penta- or hexamers, and the corresponding mono- or diether, one or both Hydroxy groups by z. B. a methoxy, ethoxy, propoxy or butoxy group are replaced. Other examples are terpenes, e.g. B. terpineol; Polyols, e.g. B. 2-Me ethyl 2,4-pentanediol; and polyethylene glycols and their ethers, such as diethylene glycol, Triethylene glycol, tetraethylene glycol, diethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether or diethylene glycol monobutyl ether. Ethylene glycol, diethylene glycol and diethylene glycol monobutyl ether are preferably used. Of course mixtures of two or more of these solvents can also be used , for example in a volume ratio of 2: 1 to 1: 2.
Das Lösungsmittel kann bei der Zerkleinerung oder Dispergierung, bezogen auf das eingesetzte Indium-Zinn-Oxid-Pulver, in einer Menge von 5 bis 150 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt von 30 bis 50 Gew.-% zugegeben werden. Eine besonders bevorzugtes Verhältnis von Pulver zu Lösungsmittel ist 75 : 25. Bevorzugt wird die Menge des Lösungsmittels so gewählt, daß pastöse bzw. hochviskose Suspensionen erhalten werden.The solvent can be reduced in size or dispersion, based on the indium tin oxide powder used, in an amount of 5 to 150% by weight, preferably from 10 to 100% by weight, particularly preferably from 30 to 50% by weight be added. A particularly preferred ratio of powder to The solvent is 75:25. The amount of solvent is preferably chosen so that that pasty or highly viscous suspensions are obtained.
Die so erhaltene ITO-Suspension kann direkt, beispielsweise für Beschichtungs zwecke verwendet werden. Gegebenenfalls kann vorher noch zur Erhöhung der Viskosität weiteres Lösungsmittel (entweder das bereits eingesetzte oder ein anderes der vorstehend beschriebenen Lösungsmittel) zugefügt werden.The ITO suspension thus obtained can be used directly, for example for coating used for purposes. If necessary, you can increase the Viscosity of other solvents (either the one already used or a other of the solvents described above) are added.
Aus der ITO-Suspension kann aber auch durch Entfernung der flüssigen Komponenten (z. B. durch Filtrieren, Verdampfen, Zentrifugieren und/oder Trocknen) ein ITO-Pulver erhalten werden.The ITO suspension can also be removed by removing the liquid Components (e.g. by filtering, evaporating, centrifuging and / or drying) an ITO powder can be obtained.
Das so erhaltene ITO-Pulver und die ITO-Suspension enthalten überraschender weise nanoskalige Partikel, die überwiegend aus Primärpartikeln bestehen und praktisch nicht als Aggregate vorliegen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, Pulver, Suspensionen und Formkörper auf der Basis von Indi um-Zinn-Oxid bereitzustellen, bei denen die Partikelgröße nicht mehr als 200 nm beträgt. Insbesondere können Partikelgrößen von unter 50 bzw. unter 20 nm und sogar von etwa 10 bis 11 nm erhalten werden. Die Partikelgröße liegt meist über 2 nm, noch häufiger über 5 nm. Überraschenderweise können die so erhaltenen Pulver ohne weiteres z. B. in alkoholischen Lösungen (z. B. Ethanol), aber auch in Wasser, auf ihre vollständige Primärteilchengröße dispergiert werden, wobei die vorstehend genannte Partikelgröße erhalten bleibt, also die Primärpartikel ohne Aggregatbildung erhalten bleiben. Für die Dispergierung der ITO-Pulver können prinzipiell alle geeigneten Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise die vorstehend für die Fällung beschriebenen Lösungsmittel. The ITO powder and ITO suspension thus obtained contain more surprisingly wise nanoscale particles, which mainly consist of primary particles and practically not available as aggregates. By the method according to the invention it is therefore possible to powder, suspensions and moldings based on indi To provide tin oxide in which the particle size does not exceed 200 nm is. In particular, particle sizes of less than 50 or less than 20 nm and even from about 10 to 11 nm can be obtained. The particle size is usually over 2 nm, more often above 5 nm. Surprisingly, the so obtained Powder easily z. B. in alcoholic solutions (e.g. ethanol), but also in Water to be dispersed to their full primary particle size, the The above-mentioned particle size is retained, that is, the primary particles without Aggregate formation is retained. Can be used for the dispersion of the ITO powder in principle all suitable solvents are used, for example the solvents described above for the precipitation.
Es ist möglich, das Indium-Zinn-Oxid als Pulver aufzubewahren und bei Bedarf entweder als Pulver, Paste oder Suspension zu verwenden. Dabei kann die bevorzugt verwendete Suspension durch eine einfache Dispergierung erhalten werden und z. B. zur Beschichtung z. B. mittels Tauch- oder Sprühverfahren verwendet werden.It is possible to store the indium tin oxide as a powder and if necessary to be used either as a powder, paste or suspension. The preferably used suspension obtained by simple dispersion be and z. B. for coating z. B. by dipping or spraying be used.
Aus dem ITO-Pulver lassen sich über die dem Fachmann bekannten Formgebungsverfahren Formkörper herstellen. Beispielsweise seien Extrusion, Schlickerguß, Spritzgießen, Elektrophorese, Foliengießen oder Siebdruck genannt. Es können dabei, je nach dem angewendeten Verfahren, auch Bindemittel ein gesetzt werden. Als Formkörper können z. B. Schichten oder Sinterkörper, insbesondere Targets hergestellt werden. Targets werden insbesondere beim Sputter-Verfahren zur Beschichtung von Substraten eingesetzt. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Materialien besteht darin, daß für die Formgebung der Formkörper gegenüber den üblichen Indium-Zinn-Oxid-Materialien wesentlich geringere Temperaturen benötigt werden.From the ITO powder can be known to those skilled in the art Molding process. For example, extrusion, Slip molding, injection molding, electrophoresis, film casting or screen printing called. Depending on the method used, binders can also be used be set. As molded articles, for. B. layers or sintered bodies, in particular targets are produced. Targets are used in particular Sputtering process used to coat substrates. A special The advantage of the materials according to the invention is that for the shaping the molded body is essential compared to the usual indium tin oxide materials lower temperatures are required.
Die erfindungsgemäß hergestellten ITO-Materialien finden bevorzugt als Beschichtungsmaterial in der Opto- und Mikroelektronik oder für optische (transparente), IR-reflektierende oder leitfähige Beschichtungen Verwendung. Außerdem können sie für Siebdruckpasten verwendet werden. Sie können beispielsweise bevorzugt eingesetzt werden für transparente Ansteuerelektroden für Flüssigkeitsdisplays, Dünnfilmelektrolumineszenz-Displays, Elektrochromie-Dis plays, transparente leitfähige Schichten für hochempfindliche Strahlungs selektoren, ferroelektrische Photoleiter, Speicheranordnungen, transparente leitfähige Oxidfilme als Gateelektroden für Ladungs-, Injektions- und ladungs gekoppelte Anordnungen, sowie zur Herstellung von Druckpasten, die sich für die Bedruckung von Glas, Keramik und Kunststoffen eignen, zur Abschirmung von elektromagnetischen Wellen, für IR-reflektierenden Schichten bzw. Kunststoffe, leitfähige Elektroden für Solarzellen oder antistatische Filme, z. B. für Fernsehröhren, Monitore und Kontaktbildschirme. The ITO materials produced according to the invention are preferably found as Coating material in opto and micro electronics or for optical (transparent), IR reflective or conductive coatings use. They can also be used for screen printing pastes. You can are preferably used for transparent control electrodes for Liquid displays, thin film electroluminescent displays, electrochromic dis plays, transparent conductive layers for highly sensitive radiation selectors, ferroelectric photoconductors, memory devices, transparent conductive oxide films as gate electrodes for charge, injection and charge coupled arrangements, as well as for the production of printing pastes, which are suitable for the Printing on glass, ceramics and plastics are suitable for shielding electromagnetic waves, for IR-reflecting layers or plastics, conductive electrodes for solar cells or antistatic films, e.g. B. for television tubes, Monitors and contact screens.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie zu beschränken.The following example illustrates the invention without restricting it.
- - 140 g Indium(+III)chlorid (0,63 mol wasserfrei)- 140 g indium (+ III) chloride (0.63 mol anhydrous)
- - 18 g Zinn(+IV)chlorid × 5 H2O- 18 g of tin (+ IV) chloride × 5 H 2 O
- - 5,6 g Caprolactam- 5.6 g caprolactam
werden in 1400 ml Wasser gegeben und gerührt. Nachdem eine klare Lösung entstanden ist, wird diese auf 50°C erwärmt. Nachdem die Temperatur erreicht ist, tropft man unter heftigem Rühren 105 ml Ammoniumhydroxidlösung (25%ig) zu. Die Suspension wird bei einer Temperatur von 50°C weitere 24 Stunden gerührt. Zur vollständigen Fällung werden dem Gemisch danach noch 280 ml Ammoniumhydroxidlösung hinzugefügt. Es bildet sich ein weißer Niederschlag aus Indiumoxidhydroxid, der abzentrifugiert wird (30 min bei 4000 U/min). Das Pulver wird im Vakuumtrockenschrank bei 190°C so lange getrocknet, bis eine leichte Gelbfärbung des Pulvers festzustellen ist (Übergang zu kristallinem Indiumoxid).are placed in 1400 ml of water and stirred. Having a clear solution is created, it is heated to 50 ° C. After the temperature is reached 105 ml of ammonium hydroxide solution (25%) are added dropwise with vigorous stirring. The Suspension is stirred at a temperature of 50 ° C for a further 24 hours. For complete precipitation, the mixture is then 280 ml Ammonium hydroxide solution added. A white precipitate forms Indium oxide hydroxide, which is centrifuged off (30 min at 4000 rpm). The powder is dried in a vacuum drying cabinet at 190 ° C until a light one Yellowing of the powder is observed (transition to crystalline indium oxide).
Das getrocknete Pulver wird fein gemörsert, in Kristallisierschalen verteilt und in einen Formiergas-Ofen gestellt. Der Ofen wird evakuiert, dann mit Stickstoff geflutet. Der Ofen wird mit einer Heizrate von 250°C/Stunde auf 250°C aufgeheizt bei einem Stickstoffluß von 200 Liter/Stunde. Diese Temperatur wird für 60 Minuten unter Formiergasatmosphäre bei einem Gasfluß von 300 Liter/Stunde gehalten. Danach kühlt der Ofen unter Stickstoffatmosphäre bis auf Raumtemperatur ab (Dauer: ca. 5 Stunden). Hieraus resultiert ein dunkel blaues Pulver, das mittels Röntgenanalyse als reine Indiumoxidphase identifizierbar war. The dried powder is finely ground, distributed in crystallizing dishes and in a forming gas furnace. The furnace is evacuated, then flooded with nitrogen. The furnace is heated at a heating rate of 250 ° C / hour to 250 ° C at one Nitrogen flow of 200 liters / hour. This temperature is below for 60 minutes Forming gas atmosphere maintained at a gas flow of 300 liters / hour. After that the furnace cools down to room temperature under a nitrogen atmosphere (duration: approx. 5 Hours). This results in a dark blue powder, which by X-ray analysis was identifiable as pure indium oxide phase.
In einer Mörsermühle legt man 25 g eines Gemisches aus Ethylenglycol, Dibutylenglycolether (alternativ können Diethylenglycol für Ethylenglycol und/oder Diethylenglycolmonobutylether für Dibutylenglycolether verwendet werden) sowie 5,6 g 3,6,9-Trioxadecansäure vor. 75 g ITO-Pulver werden langsam hinzugefügt und es wird 1 Stunde gemahlen. Danach ergibt sich eine dunkelblaue hochviskose Suspension, die für ca. 20 Minuten in einem Walzenstuhl homogenisiert wird. Die so erhaltene Suspension wird in Ethanol redispergiert und für Beschichtungszwecke verwendet.25 g of a mixture of ethylene glycol are placed in a mortar mill, Dibutylene glycol ether (alternatively, diethylene glycol for ethylene glycol and / or Diethylene glycol monobutyl ether can be used for dibutylene glycol ether) as well 5.6 g of 3,6,9-trioxadecanoic acid. 75 g of ITO powder are slowly added and it is ground for 1 hour. Then there is a dark blue highly viscous Suspension which is homogenized in a roller mill for approx. 20 minutes. The so suspension obtained is redispersed in ethanol and for coating purposes used.
Durch Abtrennen des Ethanols erhält man ITO-Pulver, die sich in Ethanol auf eine Teilchengröße unter 20 nm redispergieren lassen. Die Primärteilchengröße liegt bei 10 bis 11 nm, die spezifische Oberfläche bei 70 m2/g. Isoelektrischer Punkt: 7,2. Der Gehalt an Zinn liegt üblicherweise bei 8 mol-%. Aus diesen Pulvern lassen sich Sol-Gel-Schichten applizieren, die bei einer Filmdicke von 400 nm bei einer Einbrenntemperatur von 550°C auf Glas eine Transmission < 90% und einen Flächenwiderstand von 160 Ω/ realisieren können. Der Auftrag mehrerer Schichten ist möglich, wobei der Flächenwiderstand weiter abgesenkt wird. So liegt der erzielte Flächenwiderstand bei einem Zweischichter (600 nm Schichtdicke) bereits bei 100 Ω/.Separation of the ethanol gives ITO powders which can be redispersed in ethanol to a particle size below 20 nm. The primary particle size is 10 to 11 nm, the specific surface area is 70 m 2 / g. Isoelectric point: 7.2. The tin content is usually 8 mol%. These powders can be used to apply sol-gel layers that can achieve a transmission <90% and a sheet resistance of 160 Ω / at a film thickness of 400 nm at a baking temperature of 550 ° C on glass. It is possible to apply several layers, whereby the surface resistance is further reduced. The surface resistance achieved with a two-layer (600 nm layer thickness) is already 100 Ω /.
Claims (11)
- a) Indiumoxid- und Zinnoxid-Vorstufen in Gegenwart einer oder mehrerer oberflächenmodifizierender Komponenten aus Lösungen in einem oder mehreren Lösungsmitteln gefällt werden,
- b) das erhaltene Pulver nach Entfernung des Lösungsmittels calciniert wird,
- c) eine oder mehrere oberflächenmodifizierende Komponenten und ein oder mehrere Lösungsmittel zugegeben werden,
- d) die erhaltene Mischung einer Zerkleinerungs- oder Dispergierbehandlung unterworfen wird,
- e) gegebenenfalls flüssige Komponenten abgetrennt werden, um ein Pulver zu erhalten,
- f) gegebenenfalls das erhaltene Pulver über ein Formgebungsverfahren in einen Formkörper überführt wird.
- a) indium oxide and tin oxide precursors are precipitated from solutions in one or more solvents in the presence of one or more surface-modifying components,
- b) the powder obtained is calcined after removal of the solvent,
- c) one or more surface-modifying components and one or more solvents are added,
- d) the mixture obtained is subjected to a grinding or dispersing treatment,
- e) if necessary, liquid components are separated off in order to obtain a powder,
- f) optionally the powder obtained is converted into a shaped body by means of a shaping process.
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Legal Events
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Effective date: 20110401 |